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申请/专利权人：中国电力科学研究院有限公司;国家电网有限公司;国网福建省电力有限公司电力科学研究院;国网福建省电力有限公司

摘要：本发明提供一种基于先进数字电力实时仿真器ADPSS的电力信息物理系统联合仿真平台和仿真方法。所述平台和方法以基于ADPSS的电力仿真单元作为主体，集成平台控制单元、数据传输单元、通信仿真单元和控保单元，其中，平台控制单元进行联合仿真的系统配置，启动电力信息物理系统仿真并显示仿真过程和结果，电力仿真单元经数据传输单元与通信仿真单元、控保单元实时同步进行联合仿真。所述仿真平台和仿真方法实现了基于ADPSS的电力信息物理系统仿真框架中的模型设计和实时数据传输，为电网和通信网络联合仿真提供了平台，而且所述系统和方法基于ADPSS现有的软件架构，易于开发实现，同时保持了ADPSS和通信仿真单元的独立性。

主权项：1.一种基于先进数字电力实时仿真器ADPSS的电力信息物理系统联合仿真平台，其特征在于，所述仿真平台包括：平台控制单元，与电力仿真单元和通信仿真单元连接，用于配置电力仿真单元的电力仿真元件属性、通信仿真单元的通信仿真元件属性、电力仿真元件与通信仿真元件的拓扑和电力遥控、遥测、遥信的对应关系，设置通信网络仿真方案，以及注入通信网络故障和电力设备故障错误，启动电力信息物理系统仿真，以及呈现仿真过程，对传输的仿真数据进行分析，并显示仿真结果；电力仿真单元，其与平台控制单元和数据传输单元连接，用于基于ADPSS建立物理侧交互元件的模型，编辑电力仿真算例，配置ADPSS网络参数，将电力遥控、遥测、遥信数据经数据传输单元、通信仿真单元，传输至控保单元，以及进行电力仿真计算，所述电力仿真单元包括：仿真控制单元，其是ADPSS的前端，为用户提供操作界面以用于建立物理侧交互元件的模型，编辑电力仿真算例，并配置ADPSS网络参数；仿真计算单元，其是ADPSS的后端，用于进行电力仿真计算；仿真接口单元，其与仿真计算单元连接，用于与通信仿真单元进行数据传输，所述仿真接口单元包括ADPSS物理接口箱和接口软件，其中：ADPSS物理接口箱通过可插拔光纤网卡连接至仿真计算单元，实现与仿真计算单元的实时数据交换；接口软件采用数据平面开发套件DPDK协议和私有通信协议定义和实现，其中数据物理层和链路层功能由DPDK定义和实现，数据网络层、传输层和应用层由私有通信协议定义和实现，所述私有通信协议的报文由数据单元构成，每个数据单元包括4个数据长度字节、4个源字节、4个目标字节、8个时间标签1字节、8个时间标签2字节和若干ADPSS数据字节，而每个ADPSS数据字节ADPSSDATA又包括4个数据长度字节、4个整数数据计数IntegerDatacount字节,4个浮动数据计数FloatDataCount字节、整数数据IntegerData和浮动数据FloatData；而每个整数数据IntegerData浮动数据FloatData包括2个索引Index字节和4个整数数据IntegerData或浮动数据FloatData字节；数据传输单元，其用于在电力仿真单元和通信仿真单元之间进行数据传输；通讯仿真单元，其与电力仿真单元、控制单元和平台控制单元连接，用于仿真通信网络；控保单元，其与通信仿真单元连接，用于处理从电力仿真单元，经通信仿真单元传输的电力遥控、遥测、遥信数据，生成对应的遥控、遥测和遥信信息，并经通信仿真单元和数据传输单元反馈至电力仿真单元。

全文数据：一种基于ADPSS的电力信息物理系统联合仿真平台和仿真方法技术领域本发明涉及电力信息物理系统CyberPhysicalSystem联合仿真领域,并且更具体地，涉及一种基于基于先进数字电力实时仿真器AdvancedDigitalPowerSystemSimulator,ADPSS的电力信息物理系统联合仿真平台和仿真方法。背景技术信息物理系统CPS通过计算、通信和控制技术将计算系统、通信网络和物理环境融为一体，形成一个实时感知、动态控制与信息服务融合的多维异构复杂系统，实现CPS系统内资源配置和运行的按需响应、快速迭代、动态优化。CPS中信息通信侧与物理侧的深度融合和实时交互，呈现出动态过程演变复杂、跨空间故障连锁传播、风险概率急剧攀升等新特点，并面临信息攻击、通信链路阻塞、复合故障演化等一系列新问题。CPS仿真是揭示物理、信息通信两者交互影响特性，精准刻画CPS运行、故障、检修、风险、攻击、扰动、优化、恢复等动态过程的基础工具，是CPS研究需要解决的首要问题，具有重要的应用价值。电力信息通信系统仿真工具通常采用离散状态模型对网络在离散参数和事件下进行描述，将复杂的通信过程转化为具体的事件队列，通过离散事件仿真工具进行模拟。由于两个系统在数学模型上的本质区别，目前尚缺乏一套完整可靠的将电力实时仿真系统和电力信息通信仿真系统有效连接起来，实现实时通信和同步，形成协同的电力信息物理系统联合仿真平台的技术方案。发明内容为了解决现有技术中缺乏将电力实时仿真系统和电力信息通信仿真系统有效连接起来，实现实时通信和同步，形成协同的电力信息物理系统联合仿真平台的技术方案的技术问题，本发明提供一种基于先进数字电力实时仿真器ADPSS的电力信息物理系统联合仿真平台，所述仿真平台包括：平台控制单元，与电力仿真单元和通信仿真单元连接，用于配置电力仿真单元的电力仿真元件属性、通信仿真单元的通信仿真元件属性、电力仿真元件与通信仿真元件的拓扑和电力遥控、遥测、遥信的对应关系，设置通信网络仿真方案，以及注入通信网络故障和电力设备故障错误，启动电力信息物理系统仿真，以及呈现仿真过程，对传输的仿真数据进行分析，并显示仿真结果；电力仿真单元，其与平台控制单元和数据传输单元连接，用于基于ADPSS建立物理侧交互元件的模型，编辑电力仿真算例，配置ADPSS网络参数，以及进行电力仿真计算，并通过数据传输单元与通信仿真单元进行数据传输；数据传输单元，其用于在电力仿真单元和通信仿真单元之间进行数据传输；通讯仿真单元，其与电力仿真单元、控制单元和平台控制单元连接，用于仿真通信网络；控保单元，其与通信仿真单元连接，用于处理从电力仿真单元，经通信仿真单元传输的电力遥控、遥测、遥信数据。进一步地，所述电力仿真单元包括：仿真控制单元，其是ADPSS的前端，为用户提供操作界面以用于建立物理侧交互元件的模型，编辑电力仿真算例，并配置ADPSS网络参数；仿真计算单元，其是ADPSS的后端，用于进行电力仿真计算；仿真接口单元，其与仿真计算单元连接，用于与通信仿真单元进行数据传输。进一步地，所述仿真计算单元是仿真运算服务器。进一步地，所述仿真接口单元包括ADPSS物理接口箱和接口软件，其中：ADPSS物理接口箱通过可插拔光纤网卡连接至仿真计算单元，实现与仿真计算单元的实时数据交换；接口软件采用数据平面开发套件DPDK协议和私有通信协议定义和实现，其中数据物理层和链路层功能由DPDK定义和实现，数据网络层、传输层和应用层由私有通信协议定义和实现，所述私有通信协议的报文由数据单元构成，每个数据单元包括数据长度字节、源字节、目标字节、时间标签1、时间标签2和ADPSS数据字节。进一步地，所述数据传输单元是千兆以太网。根据本发明的另一方面，本发明提供一种基于先进数字电力实时仿真器ADPSS的电力信息物理系统联合仿真方法，所述仿真方法包括：基于平台控制单元预先配置的电力仿真单元的电力仿真元件属性、通信仿真单元的通信仿真元件属性、电力仿真元件与通信仿真元件的拓扑和电力遥控、遥测、遥信的对应关系，预先设置的通信网络仿真方案，预先注入的通信网络故障和电力设备故障错误，启动电力信息物理系统仿真；在平台控制单元预先设置的仿真周期内，电力仿真单元根据预先编辑的电力仿真算例，通过预先建立的物理侧交互元件的模型和配置的ADPSS网络参数，将遥控、遥测、遥信信息经数据传输单元、通信仿真单元，传输至控保单元；控保单元根据接收的信息生成对应的遥控、遥测和遥信信息，并经通信仿真单元和数据传输单元反馈至电力仿真单元；仿真结束后，平台控制单元根据电力仿真单元和通信仿真单元传输的数据呈现仿真过程，进行仿真数据分析，并显示仿真结果。进一步地，所述仿真方法在启动电力信息物理系统仿真前还包括：平台控制单元配置电力仿真单元的电力仿真元件属性、通信仿真单元的通信仿真元件属性、电力仿真元件与通信仿真元件的拓扑和电力遥控、遥测、遥信的对应关系，设置通信网络仿真方案，注入通信网络故障和电力设备故障错误；平台控制单元设置仿真周期值；电力仿真单元基于ADPSS建立物理侧交互元件的模型，编辑电力仿真算例，配置ADPSS网络参数。进一步地，所述电力仿真单元基于ADPSS建立物理侧交互元件的模型是指在仿真控制单元的ADPSS电磁暂态界面的基础上，通过面向合并单元对象和GOOSE对象进行建模。本发明技术方案提供的基于先进数字电力实时仿真器ADPSS的电力信息物理系统联合仿真平台和仿真方法以基于ADPSS的电力仿真单元作为主体，集成平台控制单元、数据传输单元、通信仿真单元和控保单元，其中，平台控制单元进行联合仿真的系统配置，启动电力信息物理系统仿真，电力仿真单元根据预先编辑的电力仿真算例，通过预先建立的物理侧交互元件的模型和配置的ADPSS网络参数，将遥控、遥测、遥信信息经数据传输单元、通信仿真单元，传输至控保单元；控保单元根据接收的信息生成对应的遥控、遥测和遥信信息，并经通信仿真单元和数据传输单元反馈至电力仿真单元；仿真结束后，平台控制单元根据电力仿真单元和通信仿真单元传输的数据呈现仿真过程，进行仿真数据分析，并显示仿真结果。所述基于ADPSS的电力信息物理系统联合仿真平台和仿真方法与现有技术相比，具有如下有益效果：一是实现了基于ADPSS的电力信息物理系统仿真框架中的模型设计和实时数据传输，为电网和通信网络联合仿真提供了平台，而且基于ADPSS的物理侧交互元件的模型建模充分考虑了信息的完整性、灵活性和有效性，既反映了物理侧和通信侧的所有必要信息，而且能够适应物理侧和通信侧任何元件结构和参数的变化，还有用较小的数据量就能表示必要的信息；二是所述系统和方法基于ADPSS现有的软件架构，易于开发实现，同时保持了ADPSS和通信仿真单元的独立性。附图说明通过参考下面的附图，可以更为完整地理解本发明的示例性实施方式：图1为根据本发明优选实施方式的基于ADPSS的电力信息物理系统联合仿真平台的结构示意图；图2为根据本发明优选实施方式的仿真接口单元接口软件采用的私有通信协议的报文格式的示意图；图3为根据本发明优选实施方式的基于ADPSS的电力信息物理系统联合仿真方法的流程示意图。具体实施方式现在参考附图介绍本发明的示例性实施方式，然而，本发明可以用许多不同的形式来实施，并且不局限于此处描述的实施例，提供这些实施例是为了详尽地且完全地公开本发明，并且向所属技术领域的技术人员充分传达本发明的范围。对于表示在附图中的示例性实施方式中的术语并不是对本发明的限定。在附图中，相同的单元元件使用相同的附图标记。除非另有说明，此处使用的术语包括科技术语对所属技术领域的技术人员具有通常的理解含义。另外，可以理解的是，以通常使用的词典限定的术语，应当被理解为与其相关领域的语境具有一致的含义，而不应该被理解为理想化的或过于正式的意义。图1为根据本发明优选实施方式的基于ADPSS的电力信息物理系统联合仿真平台的结构示意图。如图1所示，本优选实施方式所述的基于先进数字电力实时仿真器ADPSS的电力信息物理系统联合仿真平台100包括：平台控制单元101，与电力仿真单元102和通信仿真单元104连接，用于配置电力仿真单元102的电力仿真元件属性、通信仿真单元103的通信仿真元件属性、电力仿真元件与通信仿真元件的拓扑和电力遥控、遥测、遥信的对应关系，设置通信网络仿真方案，以及注入通信网络故障和电力设备故障错误，启动电力信息物理系统仿真，以及呈现仿真过程，对传输的仿真数据进行分析，并显示仿真结果。电力仿真单元102，其与平台控制单元101和数据传输单元103连接，用于基于ADPSS建立物理侧交互元件的模型，编辑电力仿真算例，配置ADPSS网络参数，以及进行电力仿真计算，并通过数据传输单元与通信仿真单元进行数据传输。数据传输单元103，其用于在电力仿真单元102和通信仿真单元104之间进行数据传输。通讯仿真单元104，其与电力仿真单元102、控制单元105和平台控制单元101连接，用于仿真通信网络。控保单元105，其与通信仿真单元104连接，用于处理从电力仿真单元102，经通信仿真单元104传输的电力遥控、遥测、遥信数据。优选地，所述电力仿真单元102包括：仿真控制单元121，其是ADPSS的前端，为用户提供操作界面以用于建立物理侧交互元件的模型，编辑电力仿真算例，并配置ADPSS网络参数。仿真计算单元122，其是ADPSS的后端，用于进行电力仿真计算。仿真接口单元123，其与仿真计算单元连接，用于与通信仿真单元进行数据传输。优选地，所述仿真计算单元122是仿真运算服务器。优选地，所述仿真接口单元123包括ADPSS物理接口箱1231和接口软件1232，其中：ADPSS物理接口箱1231通过可插拔光纤网卡连接至仿真计算单元122，实现与仿真计算单元122的实时数据交换；接口软件1232采用数据平面开发套件DigitalPlaneDevelopmentKit,DPDK协议和私有通信协议定义和实现，其中数据物理层和链路层功能由DPDK定义和实现，数据网络层、传输层和应用层由私有通信协议定义和实现，所述私有通信协议的报文由数据单元构成，每个数据单元包括数据长度字节、源字节、目标字节、时间标签1、时间标签2和ADPSS数据字节。图2为根据本发明优选实施方式的仿真接口单元接口软件采用的私有通信协议的报文格式的示意图。如图2所示，在本优选实施方式中，所述私有通信协议的报文中的数据DATA包括若干个单元UNIT，而每个单元UNIT包括4个数据长度字节、4个源字节、4个目标字节、8个时间标签1字节、8个时间标签2字节和若干ADPSS数据字节，而每个ADPSS数据字节ADPSSDATA又包括4个数据长度字节、4个整数数据计数IntegerDatacount字节,4个浮动数据计数FloatDataCount字节、整数数据IntegerData和浮动数据FloatData；而每个整数数据IntegerData浮动数据FloatData包括2个索引Index字节和4个整数数据IntegerData或浮动数据FloatData字节。优选地，所述数据传输单元103是千兆以太网。图3为根据本发明优选实施方式的基于ADPSS的电力信息物理系统联合仿真方法的流程示意图。如图3所示，本优选实施方式所述的基于先进数字电力实时仿真器ADPSS的电力信息物理系统联合仿真方法300从步骤301开始。在步骤301，进行电力信息物理系统仿真前的系统配置，所述系统配置包括：平台控制单元配置电力仿真单元的电力仿真元件属性、通信仿真单元的通信仿真元件属性、电力仿真元件与通信仿真元件的拓扑和电力遥控、遥测、遥信的对应关系，设置通信网络仿真方案，注入通信网络故障和电力设备故障错误；平台控制单元设置仿真周期值；电力仿真单元基于ADPSS建立物理侧交互元件的模型，编辑电力仿真算例，配置ADPSS网络参数。在步骤302，基于平台控制单元预先配置的电力仿真单元的电力仿真元件属性、通信仿真单元的通信仿真元件属性、电力仿真元件与通信仿真元件的拓扑和电力遥控、遥测、遥信的对应关系，预先设置的通信网络仿真方案，预先注入的通信网络故障和电力设备故障错误，启动电力信息物理系统仿真；在步骤303，在平台控制单元预先设置的仿真周期内，电力仿真单元根据预先编辑的电力仿真算例，通过预先建立的物理侧交互元件的模型和配置的ADPSS网络参数，将遥控、遥测、遥信信息经数据传输单元、通信仿真单元，传输至控保单元，控保单元根据接收的信息生成对应的遥控、遥测和遥信信息，并经通信仿真单元和数据传输单元反馈至电力仿真单元；在步骤304，仿真结束后，平台控制单元根据电力仿真单元和通信仿真单元传输的数据呈现仿真过程，进行仿真数据分析，并显示仿真结果。优选地，所述电力仿真单元基于ADPSS建立物理侧交互元件的模型是指在仿真控制单元的ADPSS电磁暂态界面的基础上，通过面向合并单元对象和GOOSE对象进行建模。在联合仿真平台中，一台IED装置一般对应一个合并单元，因此在电力仿真单元考虑以合并单元为基本建模对象。一个合并单元对象包含多个电压、电流、状态信号，可以选择为IEC61850-9-1、IEC61850-9-2等协议类型。一个数字接口箱可以连接一台或多台IED装置，即同时模拟多个合并单元对象。当一个合并单元对象配置为IEC61850-9-1协议类型时，最多可输出12个电压电流信号。仿真时需要定义电力仿真单元中电压电流变量与该合并单元对象中相关变量的映射关系，具体信息如表1所示。表1合并单元对象参数当一个合并单元对象配置为IEC61850-9-2协议类型时，需要定义电力仿真单元中电压电流变量与该合并单元对象中相关变量的映射关系，具体信息如表2所示。表2IEC61850-9-2合并单元对象参数GOOSE对象支持订阅和发布两种模式，其中订阅模式将IED装置返回的GOOSE信号返回给电力仿真单元，发布模式将电力仿真单元内部的开关状态发送给IED装置。已经通过参考少量实施方式描述了本发明。然而，本领域技术人员所公知的，正如附带的专利权利要求所限定的，除了本发明以上公开的其他的实施例等同地落在本发明的范围内。通常地，在权利要求中使用的所有术语都根据他们在技术领域的通常含义被解释，除非在其中被另外明确地定义。所有的参考“一个所述该[装置、组件等]”都被开放地解释为所述装置、组件等中的至少一个实例，除非另外明确地说明。这里公开的任何方法的步骤都没必要以公开的准确的顺序运行，除非明确地说明。

权利要求：1.一种基于先进数字电力实时仿真器ADPSS的电力信息物理系统联合仿真平台，其特征在于，所述仿真平台包括：平台控制单元，与电力仿真单元和通信仿真单元连接，用于配置电力仿真单元的电力仿真元件属性、通信仿真单元的通信仿真元件属性、电力仿真元件与通信仿真元件的拓扑和电力遥控、遥测、遥信的对应关系，设置通信网络仿真方案，以及注入通信网络故障和电力设备故障错误，启动电力信息物理系统仿真，以及呈现仿真过程，对传输的仿真数据进行分析，并显示仿真结果；电力仿真单元，其与平台控制单元和数据传输单元连接，用于基于ADPSS建立物理侧交互元件的模型，编辑电力仿真算例，配置ADPSS网络参数，以及进行电力仿真计算，并通过数据传输单元与通信仿真单元进行数据传输；数据传输单元，其用于在电力仿真单元和通信仿真单元之间进行数据传输；通讯仿真单元，其与电力仿真单元、控制单元和平台控制单元连接，用于仿真通信网络；控保单元，其与通信仿真单元连接，用于处理从电力仿真单元，经通信仿真单元传输的电力遥控、遥测、遥信数据。2.根据权利要求1所述的联合仿真平台，其特征在于，所述电力仿真单元包括：仿真控制单元，其是ADPSS的前端，为用户提供操作界面以用于建立物理侧交互元件的模型，编辑电力仿真算例，并配置ADPSS网络参数；仿真计算单元，其是ADPSS的后端，用于进行电力仿真计算；仿真接口单元，其与仿真计算单元连接，用于与通信仿真单元进行数据传输。3.根据权利要求2所述的联合仿真平台，其特征在于，所述仿真计算单元是仿真运算服务器。4.根据权利要求2所述的联合仿真平台，其特征在于，所述仿真接口单元包括ADPSS物理接口箱和接口软件，其中：ADPSS物理接口箱通过可插拔光纤网卡连接至仿真计算单元，实现与仿真计算单元的实时数据交换；接口软件采用数据平面开发套件DPDK协议和私有通信协议定义和实现，其中数据物理层和链路层功能由DPDK定义和实现，数据网络层、传输层和应用层由私有通信协议定义和实现，所述私有通信协议的报文由数据单元构成，每个数据单元包括数据长度字节、源字节、目标字节、时间标签1、时间标签2和ADPSS数据字节。5.根据权利要求1所述的联合仿真平台，其特征在于，所述数据传输单元是千兆以太网。6.一种基于先进数字电力实时仿真器ADPSS的电力信息物理系统联合仿真方法，其特征在于，所述仿真方法包括：基于平台控制单元预先配置的电力仿真单元的电力仿真元件属性、通信仿真单元的通信仿真元件属性、电力仿真元件与通信仿真元件的拓扑和电力遥控、遥测、遥信的对应关系，预先设置的通信网络仿真方案，预先注入的通信网络故障和电力设备故障错误，启动电力信息物理系统仿真；在平台控制单元预先设置的仿真周期内，电力仿真单元根据预先编辑的电力仿真算例，通过预先建立的物理侧交互元件的模型和配置的ADPSS网络参数，将遥控、遥测、遥信信息经数据传输单元、通信仿真单元，传输至控保单元；控保单元根据接收的信息生成对应的遥控、遥测和遥信信息，并经通信仿真单元和数据传输单元反馈至电力仿真单元；仿真结束后，平台控制单元根据电力仿真单元和通信仿真单元传输的数据呈现仿真过程，进行仿真数据分析，并显示仿真结果。7.根据权利要求6所述的仿真方法，其特征在于，所述仿真方法在启动电力信息物理系统仿真前还包括：平台控制单元配置电力仿真单元的电力仿真元件属性、通信仿真单元的通信仿真元件属性、电力仿真元件与通信仿真元件的拓扑和电力遥控、遥测、遥信的对应关系，设置通信网络仿真方案，注入通信网络故障和电力设备故障错误；平台控制单元设置仿真周期值；电力仿真单元基于ADPSS建立物理侧交互元件的模型，编辑电力仿真算例，配置ADPSS网络参数。8.根据权利要求7所述的仿真方法，其特征在于，所述电力仿真单元基于ADPSS建立物理侧交互元件的模型是指在仿真控制单元的ADPSS电磁暂态界面的基础上，通过面向合并单元对象和GOOSE对象进行建模。

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